JP4544289B2

JP4544289B2 - 通信装置、通信方法及び通信システム

Info

Publication number: JP4544289B2
Application number: JP2007292586A
Authority: JP
Inventors: 賢典和城
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2007-11-09
Filing date: 2007-11-09
Publication date: 2010-09-15
Anticipated expiration: 2027-11-09
Also published as: US8240562B2; US20090121949A1; JP2009124192A

Description

本発明は、通信装置、通信方法及び通信システムに関する。

近年、非接触型ＩＣカードやＲＦＩＤ（ＲａｄｉｏＦｒｑｕｅｎｃｙＩＤｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）などの非接触通信を行う通信装置が普及している。この通信装置は、例えばアンテナコイルを有し、このアンテナコイルでの交流磁界を利用した磁界結合により非接触通信を行う。このような通信装置による磁界結合は、例えば近接型などの近距離における非接触通信に適している。

また、上記非接触型ＩＣカード等に使用されうる通信装置は、カードに搭載されるため薄型かつ小型に形成される。

一方、近年、より多いデータ量を高速に送受信させることも希求されており、例えば異なるデータを同時に送受信するなど、複数の通信系統（例えば複数の通信ライン、複数の通信システム）により送受信する通信装置（複合無線機）が望まれる場合がある。

そこで、例えば非接触型ＩＣカードなどの通信装置内に複数の通信系統を組み込もうとする場合、複数の通信系統のそれぞれに対するアンテナを１つの通信装置内に配置する必要がある。このように複数のアンテナが組み込まれた通信装置では、その通信装置内の各通信系統のアンテナ同士間の結合（例えばループアンテナなどのアンテナコイルにおける磁界結合）が発生し、この結合による干渉が問題となる。

この干渉による影響（例えばノイズ）は、１つの通信装置内のアンテナ同士間の距離が短いほど顕著である。よって、干渉による影響を抑えるためにアンテナ同士間の距離を長くすれば、通信装置の小型化を阻害する可能性がある。一方、通信装置本体のデザイン等の制約上、アンテナ同士間の距離を十分に長くすることができない場合も少なくない。

また、各通信系統での使用周波数帯を変更し、かつ、ノイズを除去するためにフィルタを使用することも考えられるが、このような方法によっても、干渉による影響を抑えるには限界がある。

近年の例えばノートパソコンや携帯電話などの携帯型の電子機器には、様々な規格に基づいた複数の無線システムが混載されており、このようなアンテナ同士の結合による干渉は益々問題となっている。

なお、ここでいうアンテナ同士間の結合による干渉の問題として、具体的には例えば以下の２点が挙げられる。すなわち、１点目は、送信側の通信装置の一系統のアンテナの送信信号が、受信側の通信装置の他系統のアンテナで受信され、その受信された信号が、他系統のアンテナの受信信号に対するノイズとなってＳ／Ｎ比を低下させ、通信を阻害するという問題（以下「Ｓ／Ｎ比の問題」ともいう。）である。そして、２点目は、１つの通信装置内において一方のアンテナの動作が他方のアンテナの動作を妨げることにより、アンテナ効率が低下するという問題（以下「アンテナ効率の問題」ともいう。）である。つまり、この２点目の問題によれば、他系統のアンテナが近傍に配置されることでアンテナ自身の性能が劣化し、利得が低下して受信電力が小さくなってしまう。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、複数の通信系統を有し、かつ、各通信系統間で発生しうる干渉を低減して非接触通信をおこなうことが可能な、新規かつ改良された通信装置、通信方法及び通信システムを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、磁界結合により非接触通信を行う第１通信部と、第１通信部が発生させる磁界中に配置され、電界結合により非接触通信を行う第２通信部と、を有し、第２通信部は、磁界が第２通信部を交差する位置における磁界の振動方向に対して略平行な方向に振動する電界を発生させることを特徴とする、通信装置が提供される。

この構成によれば、例えば通信装置が送信を行う際に、第１通信部は、磁界を発生させて磁界結合による非接触通信を行うことができる。そして、第２通信部は、電界を発生させて電界結合による非接触通信を行うことができる。この際、第２通信部は、第１通信部が発生させる磁界中に配置されるので、第１通信部が発生させる磁界は、第２通信部を交差する。また、第２通信部は、この交差した位置における磁界の振動方向に対して平行な方向に振動する電界を発生させる。なお、ここでいう略平行とは、完全な平行ではなく、非接触通信において電界結合の電界と磁界結合の磁界との間の干渉を無視しうる程度の平行、つまり、非接触通信において平行とみなせる程度の平行を意味する（以下同じ。）。

基本的に電界の変化は磁界の変化を伴い、その磁界の振動方向は、電界の振動方向に対して垂直になる。また、振動方向が互いに一致する成分を有する磁界同士又は電界同士は干渉しあう。従って、互いの振動方向が垂直な電界と磁界も干渉しあう。これらの干渉が電界結合又は磁界結合に影響を及ぼすことになる。これに対して、振動方向が互いに垂直な磁界同士又は電界同士は干渉し難く、同様に互いの振動方向が平行な電界と磁界も干渉し難い。

上記の構成を有する通信装置では、第１通信部が発生させた磁界が第２通信部を交差した位置におけるその磁界の振動方向と、第２通信部が発生させる電界の振動方向とは平行である。よって、通信装置は、第１通信部が発生させる磁界と第２通信部が発生させる電界とを干渉し難くさせることができる。

また、第１通信部は、磁界結合を行うためのアンテナコイルを有し、第２通信部は、電界結合を行うための平板状の電界結合用電極を有し、電界結合用電極は、アンテナコイルにより発生される磁束の少なくとも一部が垂直に交差するように配置されてもよい。
この構成によれば、アンテナコイルにより磁界結合のための磁界（つまり磁束）を発生させることができる。また、電界結合用電極により電界結合のための電界を発生させることができる。この際、平板状の電界結合用電極は、一の面からその面と垂直な方向に振動する電界を少なくとも発生させることができる。更に、この電界結合用電極には、アンテナコイルが発生させる磁束の少なくとも一部が垂直に交差する。よって、電界結合用電極が発生させる電界の振動方向と上記磁束の方向とは、電界結合用電極近傍では平行になる。なお、ここでいう垂直とは、完全な垂直ではなく、非接触通信において電界結合の電界と磁界結合の磁界との間の干渉を無視しうる程度の垂直、つまり、非接触通信において垂直とみなせる程度の垂直を意味する（以下同じ。）。

また、アンテナコイルと電界結合用電極とは、略同一平面上に配置されてもよい。
この構成によれば、アンテナコイルが発生させる磁界が電界結合用電極を交差する位置におけるその磁界の振動方向と、電界結合用電極が発生させる電界の振動方向とを平行にすることができる。なお、ここでいう同一平面とは、完全に同一な平面ではなく、非接触通信において電界結合の電界と磁界結合の磁界との間の干渉を無視しうる程度に同一な平面、つまり、非接触通信において同一平面とみなせる程度の同一平面を意味する（以下同じ。）。

また、電界結合用電極は、アンテナコイルの中心に配置されてもよい。
なお、アンテナコイルが発生させる磁界は、アンテナコイルの中心に行くほど弱くなる。よって、電界結合用電極を、アンテナコイルが発生させる磁界が弱くなったアンテナコイルの中心に配置することにより、アンテナコイルが発生する磁界の電界結合用電極に対する影響を更に低減させることができる。また、アンテナコイルのループの中に電界結合用電極を収容することができるので、通信装置を小型化することができる。

また、電界結合用電極は、中心から放射状に形成されたスリットを有してもよい。
この構成によれば、電界結合用電極を交差する磁束による渦電流を発生し難くすることができる。

また、第１通信部は、通信相手の通信装置から当該通信相手の通信装置を認証するための認証データを受信し、第２通信部は、認証データに応じて通信相手の通信装置に所定のデータを送信してもよい。
この構成によれば、通信相手の通信装置に対する通信のセキュリティを高め、かつ、効率よくデータを転送することができる。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、磁界結合により非接触通信を行うために磁界を発生させ、電界結合により非接触通信を行うために磁界中で電界を発生させ、かつ、電界を、当該電界の発生位置における磁界の振動方向に対して略平行な方向に振動するように発生させることを特徴とする、通信方法が提供される。
この構成によれば、電界結合のための電界と磁界結合のための磁界との間の干渉を抑えることができる。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、磁界結合により非接触通信を行うアンテナコイルと、アンテナコイルが発生させる磁界中に配置され、電界結合により非接触通信を行う電界結合用電極と、を有し、電界結合用電極は、磁界が電界結合用電極を交差する位置における磁界の振動方向に対して略平行な方向に振動する電界を発生させることを特徴とする、アンテナモジュールが提供される。
この構成によれば、電界結合のための電界と磁界結合のための磁界との間の干渉を抑えることができる。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、２つの通信装置の間で非接触通信を行う通信システムであって、２つの通信装置のそれぞれは、磁界結合により非接触通信を行う第１通信部と、電界結合により非接触通信を行う第２通信部と、を有し、送信側の通信装置において、第１通信部は、磁界結合を行うために磁界を発生させ、第２通信部は、第１通信部が発生させた磁界中に配置され、当該磁界が第２通信部を交差した位置における磁界の振動方向に対して略平行な方向に振動する電界を発生させることを特徴とする、通信システムが提供される。
この構成によれば、電界結合のための電界と磁界結合のための磁界との間の干渉を抑えることができる。

以上説明したように本発明によれば、複数の通信系統を有し、かつ、各通信系統間で発生しうる干渉を低減して非接触通信をおこなうことができる。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

まず、本発明の各実施形態に係る通信装置等について説明する前に、上記のＳ／Ｎ比の問題及びアンテナ効率の問題について、図１１を参照しつつ説明する。なお、以下では、まず、アンテナ効率の問題を例に挙げて説明する。

図１１は、１つの通信装置内に２つのアンテナコイルが近接して配置された場合の磁界について説明するための説明図である。

図１１に示すように、２つのアンテナコイル９０Ａ，９０Ｂの一方（例えばアンテナコイル９０Ａ）に送信用の信号電圧を印加すると、アンテナコイル９０Ａは、一系統の非接触通信を行う磁界結合のための磁界Ｈを発生させる。この際、通信装置９を小型化等するために両アンテナコイル９０Ａ，９０Ｂが近接して配置されていると、アンテナコイル９０Ａが発生させた磁界Ｈは、アンテナコイル９０Ａの外側に回り込み、他方のアンテナコイル９０Ｂを交差する。この他方のアンテナコイル９０Ｂでは、アンテナコイル９０Ａからの磁界Ｈによる電磁誘導により、この磁界Ｈを妨げる方向に起電力が発生する。その結果、アンテナコイル９０Ａが発生させる磁界Ｈは弱められ、アンテナコイル９０Ａの利得が低下する。他方、アンテナコイル９０Ｂが発生させる磁界も同様に、アンテナコイル９０Ａによって利得が低下する。つまり、一の通信装置９内の２つのアンテナコイル９０Ａ，９０Ｂ同士が結合してしまい、アンテナの効率を低下させてしまうことになる。

また、このような電磁誘導による影響は、同一の通信装置９内だけでなく、送信側の通信装置と受信側の通信装置との間においても生じうる。つまり、送信側の一系統のアンテナコイルが発生させる磁界が、受信側の他系統のアンテナコイルに受信される。そして、この受信された磁界が、他系統におけるノイズとなり、Ｓ／Ｎ比を低下させることになる（Ｓ／Ｎ比の問題）。

このような問題点は、主として、例えば、
１）２系統の非接触通信において、磁界結合を使用していること
２）２系統のそれぞれの非接触通信が、平行な磁界を使用していること
などに起因する。

本発明の発明者は、通信装置について鋭意研究を行った結果、以上に例示したような問題点に想到した。そして、本発明の発明者は、これらの問題点を解決し、かつ、更に性能を向上させることが可能な本発明に係る通信装置の発明を完成させた。そこで、以下では、この本発明の各実施形態に係る通信装置について説明する。

＜第１実施形態＞
まず、図１及び図２を参照しつつ、本発明の第１実施形態に係る通信装置の構成について説明する。

図１は、本実施形態に係る通信装置の構成について説明するための説明図であり、図２は、図１のＡ−Ａ線における断面図を概略的に示して、本実施形態に係る一の通信装置が他の通信装置と非接触通信を行う構成について説明するための説明図である。ここでは、送信側を通信装置１といい、受信側を通信装置２という。なお、図１には送信側の通信装置１を図示し、以下では、送信側の通信装置１を中心に説明するが、図２に示すように受信側の通信装置２も送信側の通信装置１と同様に構成することが可能である。そして、受信側の通信装置２が送信して、送信側の通信装置１が受信することももちろん可能である。

図１及び図２に示すように、本実施形態に係る通信装置１は、第１通信部１０及び第２通信部２０を有する。この第１通信部１０及び第２通信部２０は、例えば支持基板等（図示せず）に支持されて、通信装置１の一部を構成する。この通信装置１は、２つの通信系統を有し、同時に複数の情報を送受信することができる。また以下では、この通信装置１は、例えば主として近接型の非接触通信を行う通信装置である場合について説明する。

（第１通信部）
第１通信部１０は、第１系統の非接触通信として磁界結合を行う。この第１通信部１０は、例えばアンテナコイル１１を有する。

アンテナコイル１１は、磁界結合により第１系統の非接触通信を行うアンテナの一例であって、図１に示すｘｙ平面内においてコイル状に形成される。このアンテナコイル１１を「ループアンテナ」ともいう。このアンテナコイル１１は、端子１２を介して信号処理回路（図示せず）に接続され、この信号処理回路から出力される送信信号（電圧又は電流）が印加される。この送信信号によりアンテナコイル１１には電流が流れる。そして、アンテナコイル１１は、この電流により磁界Ｈを発生させる。なお、図１には、アンテナコイル１１が３回巻きのコイルである場合を示しているが、アンテナコイル１１の巻数は、これに限定されるものではない。

信号処理回路から出力される送信信号は、例えば交流の電圧又は電流であり、アンテナコイル１１で発生される磁界Ｈも、交流磁界となる。図１には、磁界Ｈが上方に向けて発生されている場合を示しているが、磁界Ｈは、交流の送信信号に応じて上方又は下方に振動する振幅を有する。また、アンテナコイル１１が形成されたｘｙ平面を、ここでは「コイル形成面」ともいう。アンテナコイル１１が発生させた磁界Ｈは、コイル内部だけでなくコイル外部においても、コイル形成面を略垂直に交差する。つまり、アンテナコイル１１が発生させた磁界Ｈは、コイル形成面上では略垂直な方向（ｚ軸方向）に振動する振幅を有する。図２に示すように、この磁界Ｈのコイル形成面上における振動方向をここでは「磁界振動方向Ｄ_Ｈ」ともいう。

なお、この第１通信部１０は、磁界結合により第１系統の非接触通信を行うアンテナの一例としてアンテナコイル１１を有するとしたが、本発明はこの例に限定されず、磁界結合により近接型の非接触通信を行うことが可能な如何なる形態のアンテナであってもよい。

（第２通信部）
第２通信部２０は、第２系統の非接触通信として電界結合を行う。この第２通信部２０は電界結合により非接触通信を行うので「電界カプラ」ともいう。第２通信部２０は、電界結合用電極（以下単に「結合用電極」ともいう。）２１と、接続信号線２２と、スタブ（Ｓｔｕｂ）２３と、入出力信号線２４と、基板２５とを有する。

まず、各構成の接続関係等について説明する。
結合用電極２１は、平板状に形成され、その平板の中心下方に接続信号線２２が接続される。接続信号線２２は、結合用電極２１とスタブ２３とを電気的に接続する。スタブ２３は、入出力信号線２４と接続信号線２２との間に配置される。そして、入出力信号線２４は、端子２６を介して信号処理回路（図示せず）に接続され、この信号処理回路から出力される第２系統の送信信号（電圧又は電流）が印加される。つまり、信号処理回路から出力された第２系統の送信信号は、端子２６を介して入出力信号線２４に入力し、入出力信号線２４により伝達されてスタブ２３に入力する。そして、スタブ２３に入力した送信信号は、接続信号線２２を介して結合用電極２１に伝達され、この結合用電極２１において電界Ｅを発生させる。なお、受信側の通信装置２の場合、受信信号は、これと逆の経路をたどって信号処理回路に伝達される。一方、基板２５は、絶縁体などにより形成され、その表面にスタブ２３が形成され、かつ、第２通信部２０における各構成を支持する。なお、第２通信部２０は、結合用電極２１等を支持するために別途の支持部材（図示せず）を備えてもよいが、この支持部材は、例えば絶縁体で形成されることが好ましい。

図３Ａに示すように、接続信号線２２が結合用電極２１のほぼ中心位置Ｏから所定距離オフセットした位置Ｓに配置された場合、結合用電極２１の面内方向に不均等な電流が流れてマイクロストリップ・アンテナのように動作する。つまり、結合用電極２１は、不要な電波、例えば、伝搬させたい方向（ｚ軸方向）に進行する横波の電波を放出してしまう。一方、図３Ｂに示す本実施形態に係る通信装置１，２のように、接続信号線２２は結合用電極２１のほぼ中心位置Ｏに配置され、結合用電極２１の面内方向に均等な電流が流れる。

スタブ２３は、基板２５上に例えば導体パターンとして形成され、他端がグランド接続している。より具体的には、基板２５におけるスタブ２３の形成面と反対の面には、導電性のグランド層（図示せず）が形成される。そして、スタブ２３は、例えば入出力信号線２４が接続された端部（図１のｘ軸正方向の端部）とは反対の端部Ｇ（図１のｘ軸負方向の端部）において、基板２５に形成されたスルーホール（図示せず）を介してグランド層に接続されてショートされる。

このスタブ２３の信号伝達方向における長さＬ１は、送受信信号の周波数帯における波長の２分の１程度であることが好ましい。この場合、スタブ２３のｘ軸負方向の端部はショートしているので、スタブ２３には送受信信号による定在波が発生しうる。つまり、スタブ２３において図１のｘ軸正負方向の端部（先端）の電圧は略０Ｖ（節）となり、中心の電圧は極大値（腹）となる。また、上記の接続信号線２２は、このスタブ２３の中心の位置（先端から波長の４分の１程度の位置）に接続される。よって、接続信号線２２は、振幅が極大値となりうる送信信号を結合用電極２１に伝達することができ、結合用電極２１は、伝搬効率の高い電界結合を行うことができる。

なお、ここではインピーダンス整合等を行う構成として分布定数回路を使用する場合をしめしているが、集中定数回路を使用することもできる。

ここで、第２通信部２０が発生させる電界Ｅについて説明する。
一般にアンテナから放出される電界としては、例えばアンテナからの距離に反比例して減衰する「放射電界」と、アンテナからの距離の２乗に反比例して減衰する「誘導電界」と、アンテナからの距離の３乗に反比例して減衰する「準静電界」とがある。一方、任意の電流分布は、微小ダイポールを流れる電流分布の集まりと考えられ、それによって誘導される電界も同様の性質がある（例えば、虫明康人著「アンテナ・電波伝搬」（コロナ社、１６頁〜１８頁）を参照。）。そこで、図４に示すように、第２通信部２０を、通信を行いたい方向、つまりｚ軸方向（接続信号線２２の形成方向）に延長形成された微小ダイポール３０として近似する。すると、微小ダイポール３０から放出される電界Ｅは、以下の（数式１）及び（数式２）により表される。

ここで、Ｒは、微小ダイポール３０からの距離、θは、微小ダイポール３０の軸方向からの角度、φは、微小ダイポール３０の軸を中心とした回転角、ｊは、微小ダイポール３０を流れる電流密度、εは、誘電率、ｐ及びｋは、定数をそれぞれ表す。

上記（数式１）及び（数式２）に示すように、微小ダイポール３０からは大きく分けて２種類の電界Ｅ_θ，Ｅ_Ｒが放出される。この電界Ｅ_θは、伝搬方向と垂直な方向に振動する電界成分（横波成分）であり、電界Ｅ_Ｒは、伝搬方向と平行な方向に振動する電界成分（縦波成分）である。そして、電界Ｅ_θは、上記の放射電界・誘導電界・静電界を含み、電界Ｅ_Ｒは、放射電界を含まず誘導電界・静電界を含む。

一方、本実施形態に係る通信装置１では、ｚ軸方向を情報の伝搬方向とするためθ＝０°となる電界を主に使用する。この場合、上記（数式１）からはＥ_θ＝０となる一方、上記（数式２）からはＥ_Ｒが極大値となることが判る。

従って、第２通信部２０は、比較的遠くまで伝搬する放射電界を使用することなく非接触通信を行うので、特に近接型の非接触通信に適している。なおここでは、この電界Ｅ_Ｒの振動方向を図２に示すように「電界振動方向Ｄ_Ｅ」ともいう。

（第１通信部と第２通信部との位置関係）
図１及び図２に示すように、第１通信部１０と第２通信部２０とは同一平面上に配置される。この際、第２通信部２０は、第１通信部１０が発生させる磁界Ｈ中に配置される。より具体的には、第２通信部２０の結合用電極２１が、第１通信部１０のアンテナコイル１１のコイル形成面上において、コイルの外側の第１通信部１０の近傍に配置される。その結果、第１通信部１０の磁界結合で使用される磁界Ｈの少なくとも一部は、第２通信部２０の結合用電極２１を交差する。この際、磁界Ｈの磁界振動方向Ｄ_Ｈは、結合用電極２１と垂直に交差する。よって、結合用電極２１の表面における磁界振動方向Ｄ_Ｈは、第２通信部２０の結合用電極２１が電界結合に使用する電界Ｅの電界振動方向Ｄ_Ｅに対して平行になる。換言すれば、磁界振動方向Ｄ_Ｈと電界振動方向Ｄ_Ｅとは、コイル形成面上において互いに平行となる（図２参照。）。振動方向が相互に平行な電界と磁界とは互いに影響を及ぼし難く、通信装置１は、第１通信系統である第１通信部１０と第２通信系統である第２通信部２０との間の結合による干渉（アンテナ効率の問題）を低減させて２系統の非接触通信を行うことができる。

より具体的に、第１通信部１０と第２通信部２０との間の結合による干渉が低減される理由について説明する。一般に電界の変化は磁界の変化を伴い、磁界の変化は電界の変化を伴う。そして、磁界の振動方向と、電界の振動方向とは互いに垂直になる。また、振動方向が互いに一致する成分を有する磁界同士又は電界同士は干渉しあう。従って、互いの振動方向が垂直な電界と磁界との間でも干渉が生じる。これらの干渉が電界結合又は磁界結合に影響を及ぼすことになる。一方、振動方向が互いに垂直な磁界同士又は電界同士は干渉し難く、同様に、互いの振動方向が平行な磁界と電界との間には干渉は生じ難い。

これに対して、本実施形態に係る通信装置１によれば、磁界Ｈの磁界振動方向Ｄ_Ｈは、結合用電極２１が発生させる電界Ｅの電界振動方向Ｄ_Ｅに対して平行となる。従って、通信装置１は、アンテナコイル１１からの送信信号が、結合用電極２１に結合することを防ぐことができる。また、通信装置１によれば、結合用電極２１からの送信信号が、アンテナコイル１１に結合することも防ぐことができる。この点について、図４に示したように第２通信部２０を微小ダイポール３０に近似した場合について説明すれば以下の通りである。

この場合、微小ダイポール３０に近似された第２通信部２０から第１通信部１０に向かう方向は、θ＝９０となる。よって、第２通信部２０から発せされる電界Ｅは、上記（数式１）及び（数式２）より、Ｅ_θが極大値となりＥ_Ｒ＝０となる。よって、アンテナコイル１１には、振動方向がｚ軸方向の横波が伝搬する。しかし、この横波の振動方向は、アンテナコイル１１のコイル形成面上における磁界Ｈの磁界振動方向Ｄ_Ｈと平行となる。よって、通信装置１によれば、結合用電極２１からの送信信号が、アンテナコイル１１に結合することも防ぐことができる。

また、一般に電界の振動方向は、電界を発生させるアンテナに流れる電流の向き（電子の振動方向）とほぼ等しく、磁界の振動方向は、磁界を発生させるアンテナに流れる電流の向きと直交する。かかる点を踏まえて、それぞれの通信部における他の通信部からの送信信号の影響について説明すると以下の通りである。

第２通信部２０の結合用電極２１付近における電子の振動方向は、電界振動方向Ｄ_Ｅとなる。また、第１通信部１０のアンテナコイル１１が発生する磁界Ｈの第２通信部２０の位置における磁界振動方向Ｄ_Ｈは、この電子の振動方向（電界振動方向Ｄ_Ｅ）と平行になる。よって、磁界Ｈに伴う電界の振動方向の向きは、結合用電極２１における電子の振動方向に対して垂直になる。従って、通信装置１は、磁界Ｈによる電界が結合用電極２１における電界Ｅの発生効率を低下させることを防ぐことができる。一方、上述のように、第２通信部２０がアンテナコイル１１の方向に発生させうる電界の振動方向は、ｚ軸方向となる。よって、アンテナコイル１１を流れる電流の向き（ｘｙ平面内の向き）は、この電界の振動方向に対して垂直になる。従って、通信装置１は、この電界がアンテナコイル１１における磁界Ｈの発生効率を低下させることを防ぐことができる。なお、第２通信部２０がアンテナコイル１１の方向に発生させうる磁界は、アンテナコイル１１を貫通しない。よって、この磁界による影響は無視しうる。

つまり、本実施形態に係る通信装置１によれば、上記アンテナ効率の問題を改善させることが可能であることが判る。なお、以上の説明における「平行」・「垂直」・「同一平面」等は、厳密な「平行」・「垂直」・「同一平面」性を必要とはしておらず、電界と磁界とが互いに影響を及ぼしあわない程度において「平行」・「垂直」・「同一平面」と見なせる程度を意味している（以下同じ。）。

また、本実施形態に係る通信装置１によれば、同様の理由により、上記Ｓ／Ｎ比の問題をも改善させることが可能である。

（第１実施形態による効果の例）
以上、本実施形態に係る通信装置１について説明した。
上記で説明したように、この通信装置１は、磁界結合による非接触通信を行う第１通信系統と電界結合による非接触通信を行う第２通信系統とを有し、磁界結合で使用する磁界の振動方向と電界結合で使用する電界の振動方向とが平行になるように構成される。

かかる構成により、通信装置１は、第１通信系統の非接触通信を行う第１通信部１０と、第２通信系統の非接触通信を行う第２通信部２０とを有し同時に動作させることを可能にしている。そして、通信装置１は、１つの通信装置１内の２つの通信部間の結合による相互の干渉を軽減することができる（アンテナ効率の問題）。また、通信装置１は、送信側の１通信系統の通信部が受信側の他の通信系統の通信部と結合することをも防ぐことができる（Ｓ／Ｎ比の問題）。

従って、通信装置１によれば、第１通信部１０と第２通信部２０とを近接して配置することができ、装置を小型化することも可能である。なお、この通信装置１において各通信系統毎に使用する信号の周波数帯域を変更して、信号処理部（図示せず）によりフィルタ処理して更にノイズや干渉を抑えることも可能である。

また、この通信装置１によれば、通信相手の通信装置２に１回近接させるだけで２つのデータを一度（必ずしも時間的に同時である必要はない。）に送受信することが可能である。そして、第２通信部２０による電界結合を利用した非接触通信は、高い周波数でも効率よく動作するため高速でデータ転送をすることが可能である。よって、通信装置１は、図５に示すように、通信におけるセキュリティを高め、かつ、高速でデータ転送をすることも可能である。図５は、本実施形態に係る通信装置１の動作の例を説明するための説明図である。

図５に示すように、まず第１通信部１０は、磁界結合を利用した非接触通信を介して、通信相手である通信装置２からその通信装置２を認証するための認証データを受信する（Ｓ０１）。

第１通信部１０及び第２通信部２０に接続された信号処理部（図示せず）は、この認証データを取得して、その通信装置２が適切な通信相手であるか否かを判断する（Ｓ０２）。

そして、この信号処理部は、通信装置２が適切な通信相手である場合に、転送すべきデータから生成した送信信号を第２通信部２０に出力する。その結果、第２通信部２０は、転送すべきデータを電界結合を介して通信装置２に送信する（Ｓ０３）。

この際、第２通信部２０に印加される送信信号として、高い周波数の信号を使用することが可能である。よって、第２通信部２０によるデータ転送を高速に行うことが可能である。つまり、この通信装置１によれば、通信装置１を通信相手に１回近接させるだけで、このような２つのデータ通信を高速に行えるので、通信装置１に操作性を向上させることができる。一方、通信装置１は、薄型に形成可能であるため例えば携帯電話やカードなどの実装に適している。よって、例えばクレジット機能を有する機器に通信装置１を適用することにより、この機器を通信相手に１回かざすだけで認証と課金を一度に高速に行うことも可能である。

一方、例えば非接触型ＩＣカードやＲＦＩＤなどの近接型の非接触通信では、通信可能距離が他の通信方式に比べて短い。よって、この非接触通信では、常に送信用のアンテナの位置がどこであるかを見極め、その位置に受信用のアンテナを重ねるように、両アンテナの位置を合わせる必要がある。よって、複数の通信系統が組み込まれた従来の非接触通信を行う通信装置では、例えば近接型などの非接触通信を同時に行う場合、それぞれの通信系統のアンテナ位置に重なるように、送信側と受信側のアンテナの位置を移動させなければならず、使い勝手がよくない。そこで以下では、図６及び図７を参照しつつ、このような使い勝手をも改善することができる本発明の第２実施形態に係る通信装置について説明する。

＜第２実施形態＞
図６は、本発明の第２実施形態に係る通信装置の構成について説明するための説明図であり、図７は、図６のＢ−Ｂ線における断面図を概略的に示して、同実施形態に係る一の通信装置が他の通信装置と非接触通信を行う構成について説明するための説明図である。本実施形態では、送信側を通信装置３といい、受信側を通信装置４という。なお、図６には送信側の通信装置３を図示し、以下では、送信側の通信装置３を中心に説明するが、図７に示すように受信側の通信装置４も送信側の通信装置３と同様に構成することが可能である。そして、受信側の通信装置４が送信して、送信側の通信装置３が受信することももちろん可能である。

本実施形態に係る通信装置３は、第１実施形態に係る通信装置１と同様に、第１通信部１０及び第２通信部２０を有する。そして、本実施形態に係る通信装置３は、第１実施形態に係る通信装置１に対して、この第１通信部１０と第２通信部２０との位置関係が異なるが、他の構成等は同様である。よって、以下では、第１通信部１０と第２通信部２０との位置関係を中心に説明し、他の同様である点についての説明は省略する。

図６及び図７に示すように、本実施形態に係る通信装置３でも、第１通信部１０と第２通信部２０とは同一平面上に配置される。この際、第２通信部２０は、第１通信部１０が発生させる磁界Ｈ中に配置される。そして、第２通信部２０の結合用電極２１は、第１通信部１０のアンテナコイル１１のコイル形成面上において、コイルのほぼ中心に配置される。つまり、図７に示すように、第２通信部２０の結合用電極２１の中心位置Ｏは、第１通信部１０のアンテナコイル１１の中心とほぼ一致する。その結果、第１通信部１０の磁界結合で使用される磁界Ｈは、第１実施形態と同様に、第２通信部２０の結合用電極２１を交差する。この際、磁界Ｈの磁界振動方向Ｄ_Ｈは、結合用電極２１と垂直に交差する。よって、結合用電極２１の表面における磁界振動方向Ｄ_Ｈは、第２通信部２０の結合用電極２１が電界結合に使用する電界Ｅの電界振動方向Ｄ_Ｅに対して平行になる。換言すれば、磁界振動方向Ｄ_Ｈと電界振動方向Ｄ_Ｅとは、コイル形成面上において互いに平行となる。振動方向が相互に平行な電界と磁界とは互いに影響を及ぼし難く、第２実施形態に係る通信装置３も、第１実施形態に係る通信装置１と同様に、第１通信系統である第１通信部１０と第２通信系統である第２通信部２０との間の結合による干渉を低減させて２系統の非接触通信を行うことができる。

また、本実施形態に係る通信装置３によれば、第１通信部１０の通信面であるアンテナコイル１１の中心と、第２通信部２０の通信面である結合用電極２１の中心Ｏとが一致する。よって、この通信装置３は、２つの通信系統を同時に動作させる場合にも、各通信部の位置あわせを容易にすることができ、操作性を向上させることができる。そして、本実施形態に係る通信装置３によれば、アンテナコイル１１単体が占めるスペースと同じ空間に、アンテナコイル１１と結合用電極２１との両方を配置することができるため、通信装置３を小型化することが可能である。

更に、一般的にアンテナコイル１１が発生する磁界Ｈは、図７に示すように中心に向かうほど強度が減少する。従って、本実施形態に係る通信装置３は、この磁界Ｈが減少したアンテナコイル１１の中心に結合用電極２１を配置するので、更に結合用電極２１とアンテナコイル１１との間の干渉（つまり結合）を更に抑制することが可能である。

なお、本実施形態に係る通信装置３も、第１実施形態に係る通信装置１と同様の作用により、上記アンテナ効率の問題とＳ／Ｎ比の問題などを解決することができるなど、第１実施形態に係る通信装置１が奏することができる効果をも奏することができることはいうまでもない。

＜結合用電極に発生する渦電流について＞
ここで、図８を参照しつつ、上記第１実施形態及び第２実施形態に係る通信装置１，３が有する結合用電極２１に発生する渦電流について説明する。図８は、結合用電極に発生する渦電流について説明するための説明図である。

上述の通り第１実施形態及び第２実施形態共に、アンテナコイル１１が発生した磁界Ｈは、結合用電極２１を垂直に交差する。従って、この結合用電極２１には、この交差する磁界Ｈによる電磁誘導の効果により渦状の電流（渦電流）が発生する。この渦電流は、アンテナコイル１１が発生した磁界Ｈを打消し、アンテナコイル１１による第１通信系統の結合効率を低下させる。

上記第１実施形態及び第２実施形態では、結合用電極２１と交差する磁界はアンテナコイル１１が発生した磁界Ｈのごく一部である。そして、渦電流は、結合用電極２１が発振する電界Ｅの電界振動方向Ｄ_Ｅ（ｚ軸方向）に対して垂直である。よって、この渦電流がアンテナコイル１１による結合効率及び結合用電極２１による電界Ｅの発生効率に与える影響は小さい。従って、上記第１実施形態及び第２実施形態に係る通信装置１，３は、十分にその作用効果を奏することができる。

しかしながら、かかる渦電流による影響を更に低減させれば、アンテナコイル１１による第１通信系統の結合効率を更に向上させることができる。よって次に、図９を参照しつつ、この渦電流による影響を更に低減させることが可能な本発明の第３実施形態に係る通信装置について説明する。

＜第３実施形態＞
図９は、本発明の第３実施形態に係る通信装置の構成について説明するための説明図である。本実施形態に係る通信装置５は、第２実施形態に係る通信装置３が有する結合用電極２１に替えて結合用電極５１を有する。本実施形態に係る通信装置５の他の構成は、第２実施形態に係る通信装置３と同様であるため、ここでの詳しい説明は省略する。

本実施形態に係る通信装置５が有する結合用電極５１は、第１実施形態及び第２実施形態が有する結合用電極２１と同様に配置される。よって、この結合用電極５１は、電界Ｅを介して効率よく電界結合することができる。

ただし、本実施形態に係る通信装置５が有する結合用電極５１は、第１実施形態及び第２実施形態が有する結合用電極２１とは異なり、結合用電極２１の外周から、中心位置Ｏを中心とする放射状に形成された複数のスリット５２を有する。このスリット５２は、渦電流の電流経路を断ち切ることができるため、渦電流を流れ難くすることができる。よって、本実施形態に係る通信装置５によれば、アンテナコイル１１の結合効率を更に向上させることができる。

また、結合用電極２１を流れる電流は、中心位置Ｏに接続された接続信号線２２より供給され、この中心位置Ｏから放射状に伝達される（図３Ｂ参照。）。従って、スリット５２を中心位置Ｏを中心とする放射状に形成することにより、結合用電極２１による電界結合効率を低下させること無く、アンテナコイル１１の結合効率を更に向上させることができる。なお、スリット５２は、例えば、結合用電極２１の面積に対する割合が大きくならない程度に細く形成されることが望ましい。

なお、本実施形態に係る通信装置５も、第２実施形態に係る通信装置３と同様の作用により、上記アンテナ効率の問題とＳ／Ｎ比の問題などを解決することができ、通信装置５を小型化しつつ操作性を向上させるなど、第２実施形態に係る通信装置３が奏することができる効果をも奏することができることはいうまでもない。

以上、本発明の第１実施形態〜第３実施形態に係る通信装置１，３，５等の構成について説明した。次に、図１０を参照しつつ、これらの通信装置１，３，５が他の機器に実装される場合の具体的な構成について説明する。なお、以下では、第２実施形態に係る通信装置３が他の機器に実装される場合を例に挙げて説明する。しかし、他の実施形態に係る通信装置１，５が他の機器に実装される場合も同様に構成することができる。

＜第４実施形態＞
図１０は、本発明の第４実施形態に係る通信装置の構成について説明するための説明図である。なお、図１０には、送信側の通信装置６の断面図を示し、以下では、送信側の通信装置６を中心に説明するが、受信側の通信装置も送信側の通信装置６と同様に構成することが可能である。そして、受信側の通信装置が送信して、送信側の通信装置６が受信することももちろん可能である。

本実施形態に係る通信装置６は、第２実施形態に係る通信装置３と同様に（図６参照）、第１通信部１０及び第２通信部２０を有する。そして、第１通信部１０及び第２通信部２０の各構成は、以下のように形成されて配置される。

つまり、基板２５は、絶縁性の材料で形成された絶縁層６３と、接地された導電性のグランド層６４とを含み、各層が積層して形成される。そして、この絶縁層６３上にスタブ２３が積層される。なお、このスタブ２３は、基板２５の絶縁層６３に形成されたスルーホール（図示せず）を介してグランド層６４に接続されてショートされる。なお、このグランド層６４は、スタブ２３のグランドとして動作すると共に、他の金属部品からの磁界などによるアンテナコイル１１に対する影響を抑えるシールドとしての役割をも担う。

一方、絶縁性の材料で形成された第２基板６１の上下面には、それぞれアンテナコイル１１又は結合用電極２１が例えばエッチングなどにより形成される。アンテナコイル１１を上面に配置することにより、アンテナコイル１１による磁界結合の効率を高めることができる。結合用電極２１を下面に配置することにより、結合用電極２１とスタブ２３との間の接続を容易にし、かつ、製造工程を容易にすることができる。つまり、この結合用電極２１とスタブ２３との間は接続信号線２２により接続されるが、この接続信号線２２は、バネ付きのピンにより構成される。そして、基板２５上に所定の距離離隔した位置に第２基板６１が積層される。すると、ピン（接続信号線２２）は、バネの弾性力により結合用電極２１に押圧され、結合用電極２１は、ピンを介してスタブ２３に電気的に接続される。

また、基板２５と第２基板６１との間には、磁性体で形成され透磁率の高い磁性体層６２が配置される。この磁性体層６２は、基板２５と第２基板６１との間のスペーサとしての役割を担うだけでなく、図１０に示すようにアンテナコイル１１が発生させいる磁界Ｈの通路を確保する役割を担う。磁性体層６２は、このように磁界Ｈを磁性体層６２中に集中させることにより、アンテナコイル１１の特性（例えば結合特性など）を良好に保つことができる。更に磁性体層６２の厚みを調整することにより、スタブ２３と結合用電極２１との距離を正確に調整することができるため、製造精度を高めることも可能である。

以上のように構成される本実施形態に係る通信装置６も、第１実施形態〜第２実施形態に係る通信装置１，３，５と同様の作用により、上記アンテナ効率の問題とＳ／Ｎ比の問題などを解決するなど、第１実施形態〜第２実施形態に係る通信装置１，３，５が奏することができる効果をも奏することができることはいうまでもない。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上記実施形態では、通信装置は、２つの通信系統を有するとして説明した。つまり、第１通信部１０と第２通信部２０とは相互に独立して動作可能であり、相互に異なる信号を送受信する場合について説明した。しかし、本発明はかかる例に限定されるものではない。例えば、第１通信部１０と第２通信部２０とは協働することも可能である。つまり、例えば、第１通信部１０と第２通信部２０とが１の同じ情報を伝達することも可能である。第１通信部１０と第２通信部２０とが同じ情報を送受信することにより、冗長化した１つの通信系統を構成することも可能である。

また、上記実施形態では、通信装置単体について説明した。しかしながら、例えば第１実施形態の場合、図２等に示したように相互に非接触通信を行うことにより、送信側の通信装置１と受信側の通信装置２とが１つのシステムを構成することももちろん可能である。

本発明の第１実施形態に係る通信装置の構成について説明するための説明図であり図１のＡ−Ａ線における断面図を概略的に示して、同実施形態に係る一の通信装置が他の通信装置と非接触通信を行う構成について説明するための説明図である。結合用電極に流れる電流について説明するための説明図である。同実施形態に係る結合用電極に流れる電流について説明するための説明図である。同実施形態に係る第２通信部が発生させる電界について説明するための説明図である。同実施形態に係る通信装置の動作の例を説明するための説明図である。本発明の第２実施形態に係る通信装置の構成について説明するための説明図である。図６のＢ−Ｂ線における断面図を概略的に示して、同実施形態に係る一の通信装置が他の通信装置と非接触通信を行う構成について説明するための説明図である。結合用電極に発生する渦電流について説明するための説明図である。本発明の第３実施形態に係る通信装置の構成について説明するための説明図である。本発明の第４実施形態に係る通信装置の構成について説明するための説明図である。１つの通信装置内に２つのアンテナコイルが近接して配置された場合の磁界について説明するための説明図である。

符号の説明

１，２，３，４，５，６通信装置
１０第１通信部
１１アンテナコイル
１２端子
２０第２通信部
２１，５１結合用電極
２２接続信号線
２３スタブ
２４入出力信号線
２５基板
２６端子
３０微小ダイポール
６１第２基板
６２磁性体層
６３絶縁層
６４グランド層
Ｈ磁界
Ｅ，Ｅ_θ，Ｅ_Ｒ電界
Ｄ_Ｈ磁界振動方向
Ｄ_Ｅ電界振動方向
９通信装置
９０Ａ，９０Ｂアンテナコイル

Claims

磁界結合により非接触通信を行う第１通信部と、
前記第１通信部が発生させる磁界中に配置され、電界結合により非接触通信を行う第２通信部と、
を有し、
前記第２通信部は、前記磁界が前記第２通信部を交差する位置における前記磁界の振動方向に対して略平行な方向に振動する電界を発生させ、
前記第２通信部は、前記電界結合を行うための平板状の電界結合用電極を有し、
前記電界結合用電極は、中心から放射状に形成されたスリットを有することを特徴とする、通信装置。
磁界結合により非接触通信を行う第１通信部と、
前記第１通信部が発生させる磁界中に配置され、電界結合により非接触通信を行う第２通信部と、
を有し、
前記第２通信部は、前記磁界が前記第２通信部を交差する位置における前記磁界の振動方向に対して略平行な方向に振動する電界を発生させ、
前記第２通信部は、
データを伝送する高周波信号の伝送路と、
前記伝送路の一端に接続され電荷を蓄える電界結合用電極と、
前記電界結合用電極に対向して前記電荷に対する鏡像電荷を蓄えるグランドと、
分布定数回路又は集中定数回路からなり前記電界結合用電極に流れ込む電流を大きくするための共振部と、
を有し、
前記電界結合用電極に蓄えられた前記電荷の中心と前記グランドに蓄えられた鏡像電荷の中心を結ぶ線分からなる微小ダイポールを形成し、
前記第２通信部が形成する微小ダイポールの方向となす角θがほぼ０度となるように対向して配置された所定の受信機に向けて前記高周波信号を伝送することを特徴とする、通信装置。
前記第１通信部は、前記磁界結合を行うためのアンテナコイルを有し、
前記電界結合用電極は、前記アンテナコイルにより発生される磁束の少なくとも一部が垂直に交差するように配置されることを特徴とする、請求項１または２に記載の通信装置。
前記アンテナコイルと前記電界結合用電極とは、略同一平面上に配置されることを特徴とする、請求項３に記載の通信装置。
前記電界結合用電極は、前記アンテナコイルの中心に配置されることを特徴とする、請求項４に記載の通信装置。
前記第１通信部は、通信相手の通信装置から当該通信相手の通信装置を認証するための認証データを受信し、
前記第２通信部は、前記認証データに応じて前記通信相手の通信装置に所定のデータを送信することを特徴とする、請求項１または２に記載の通信装置。
第１通信部が、磁界結合により非接触通信を行うために磁界を発生させ、
第２通信部が、電界結合により非接触通信を行うために前記磁界中で電界を発生させ、かつ、
前記電界を、当該電界の発生位置における前記磁界の振動方向に対して略平行な方向に振動するように発生させ、
前記第２通信部は、前記電界結合を行うための平板状の電界結合用電極を有し、
前記電界結合用電極は、中心から放射状に形成されたスリットを有することを特徴とする、通信方法。
第１通信部が、磁界結合により非接触通信を行うために磁界を発生させ、
第２通信部が、電界結合により非接触通信を行うために前記磁界中で電界を発生させ、かつ、
前記電界を、当該電界の発生位置における前記磁界の振動方向に対して略平行な方向に振動するように発生させ、
前記第２通信部は、
データを伝送する高周波信号の伝送路と、
前記伝送路の一端に接続され電荷を蓄える電界結合用電極と、
前記電界結合用電極に対向して前記電荷に対する鏡像電荷を蓄えるグランドと、
分布定数回路又は集中定数回路からなり前記電界結合用電極に流れ込む電流を大きくするための共振部と、
を有し、
前記電界結合用電極に蓄えられた前記電荷の中心と前記グランドに蓄えられた鏡像電荷の中心を結ぶ線分からなる微小ダイポールを形成し、
前記第２通信部が形成する微小ダイポールの方向となす角θがほぼ０度となるように対向して配置された所定の受信機に向けて前記高周波信号を伝送することを特徴とする、通信方法。
２つの通信装置の間で非接触通信を行う通信システムであって、
前記２つの通信装置のそれぞれは、
磁界結合により非接触通信を行う第１通信部と、
電界結合により非接触通信を行う第２通信部と、
を有し、
送信側の前記通信装置において、
前記第１通信部は、前記磁界結合を行うために磁界を発生させ、
前記第２通信部は、前記第１通信部が発生させた前記磁界中に配置され、当該磁界が前記第２通信部を交差した位置における前記磁界の振動方向に対して略平行な方向に振動する電界を発生させ、
前記第２通信部は、前記電界結合を行うための平板状の電界結合用電極を有し、
前記電界結合用電極は、中心から放射状に形成されたスリットを有することを特徴とする、通信システム。
２つの通信装置の間で非接触通信を行う通信システムであって、
前記２つの通信装置のそれぞれは、
磁界結合により非接触通信を行う第１通信部と、
電界結合により非接触通信を行う第２通信部と、
を有し、
送信側の前記通信装置において、
前記第１通信部は、前記磁界結合を行うために磁界を発生させ、
前記第２通信部は、前記第１通信部が発生させた前記磁界中に配置され、当該磁界が前記第２通信部を交差した位置における前記磁界の振動方向に対して略平行な方向に振動する電界を発生させ、
前記第２通信部は、
データを伝送する高周波信号の伝送路と、
前記伝送路の一端に接続され電荷を蓄える電界結合用電極と、
前記電界結合用電極に対向して前記電荷に対する鏡像電荷を蓄えるグランドと、
分布定数回路又は集中定数回路からなり前記電界結合用電極に流れ込む電流を大きくするための共振部と、
を有し、
前記電界結合用電極に蓄えられた前記電荷の中心と前記グランドに蓄えられた鏡像電荷の中心を結ぶ線分からなる微小ダイポールを形成し、
前記第２通信部が形成する微小ダイポールの方向となす角θがほぼ０度となるように対向して配置された所定の受信機に向けて前記高周波信号を伝送することを特徴とする、通信システム。